论文作者：马宇，指导教师：丁娅教授
所属学院：药学院，二级学科：药物分析学
01 导师说
化疗虽能抑制肿瘤生长，但毒副作用严重，限制了其临床应用。目前的药物递送策略存在药物提前泄漏、脱靶和内吞降解等问题，降低了递送效率。在肿瘤细胞表面原位激活前药可减少药物损失、缩短药物与靶点距离并降低全身毒性，但精准调控前药激活位置、延长激活时间和提高激活效率仍是巨大挑战。本文提出利用功能化脂质体的肿瘤细胞靶向和膜融合机制，在肿瘤细胞膜表面锚定生物正交反应激活剂（DSPE-PEG-Tz），将肿瘤活细胞作为反应器构建基元，构建可触发前药激活的膜反应器。该反应器能深入肿瘤内部，稳定保持96小时以上，并持续激活外源性前药（如TCO-Dox）。激活的阿霉素（Dox）通过浓度梯度精准进入肿瘤细胞核，发挥药效。补充功能化脂质体可显著提高前药激活效率。这种将肿瘤组织作为前药激活车间、肿瘤细胞作为反应器的策略，为提升肿瘤化疗的有效性、选择性和安全性提供了一种通用方法。
02 作者说
细胞膜是细胞与外界物质交流的重要通道，其工程化可实现对多种生理过程的精确调控。脂质体与细胞膜组成结构相似，膜融合介导的细胞表面标记方式简单且稳定。脂质衍生物的合理设计和调控可提高细胞表面修饰性能，实现细胞膜标记介导的疾病诊疗。阿霉素（Dox）是常用的抗肿瘤药物，但存在稳定性差、脱靶性高和递送效率低等问题，导致治疗效果不佳且毒性大。因此，开发可调控阿霉素在靶位精确释放或产生的方法十分必要。
本文结合细胞膜标记和前药激活策略，在肿瘤细胞表面构建可触发生物正交反应的膜反应器。通过补充膜反应器生成机制，提高反应效率和药物持续产生能力，原位持续触发阿霉素的产生，并通过浓度梯度将药物精准送入肿瘤细胞核中。
研究首先筛选脂质衍生物的分子量，确定整合有DSPE-PEG600-Cy5的脂质体膜修饰能力最佳。通过细胞表面的叠氮标记和金纳米簇标记，证明了脂质分子构建的脂质体融合膜标记方法的可行性。接着，合成苯硼酸修饰的DSPE-PEG2000作为靶向分子，四嗪基修饰的DSPE-PEG600作为生物正交反应触发分子，制备具有肿瘤细胞靶向膜修饰功能的脂质体（PBA-Lips-Tz）。同时，合成反式环辛烯修饰的阿霉素（TCO-Dox）作为前药分子。当靶向配体比例为1.29%时，脂质体对肿瘤细胞的选择性最佳，肝癌HepG2细胞呈现最佳敏感度；DSPE-PEG-Tz：TCO-Dox比例为2：1时，生物正交反应到达平台，增补触发剂DSPE-PEG-Tz可有效提高反应效率。体内研究中，靶向膜标记脂质体在4小时内蓄积于肿瘤内，且停留长达96小时，有助于稳定、高效膜反应器的体内构建。
在体内抗肿瘤治疗中，膜反应器策略可有效促进前药在肿瘤部位的持续转化，增强肿瘤部位活性药物的累积。药效学结果显示，膜修饰联合前药激活的肿瘤生长抑制率与原型药物Dox相当，但副作用远低于Dox，生物相容性更好，显著改善了荷瘤小鼠的生存率。补充静脉注射PBA-Lips-Tz可显著提高肿瘤原位的前药转化率，与脂质体一次注射相比，肿瘤生长抑制率提高了42.64%。这种基于细胞膜标记技术构建的生物正交反应器提高了体内生物正交药物激活反应的效率和持续性，为肿瘤的精准化治疗提供了新思路。
03 博士论文简介
化疗能有效抑制肿瘤的生长，但其严重的毒副作用限制其临床应用。尽管利用载体将化疗药物精确递送至肿瘤细胞有望解决这一难题，但现有药物递送策略仍存在药物提前泄漏、脱靶和内吞介导的药物降解等问题，严重降低递送效率。利用疏水性化药在浓度梯度驱动下扩散入细胞内部这一原理，在肿瘤细胞表面原位激活前药可以减少药物在递送过程中的损失，缩短化药-靶点间的距离，且降低全身毒副作用。然而，如何在肿瘤表面精准调控前药激活的位置、延长激活持续时间和提高激活效率，仍然存在巨大挑战。
本文提出利用功能化脂质体的肿瘤细胞靶向和膜融合机制，在肿瘤细胞膜表面锚定生物正交反应激活剂（四嗪基修饰的膜锚定分子），将肿瘤活细胞作为反应器构建基元，在体构建可触发前药激活的膜反应器。该反应器能深入肿瘤内部、稳定保持在瘤内长达96小时以上，并持续激活外源性前药（如反式环辛烯修饰的阿霉素）。肿瘤细胞膜表面激活的阿霉素通过浓度梯度的驱动作用，精准进入肿瘤细胞核中，发挥药效。此外，通过再次补充功能化脂质体的策略可显著提高正交反应前药激活的反应效率。这种将活体肿瘤组织作为前药激活车间、肿瘤细胞作为反应器的策略，为肿瘤化疗的有效性、选择性和安全性提供了一种通用的方法。
学术成果
1.Yu Ma#, Yunyun Zhou#, Jiaqin Long, Qi Sun, Zijiang Luo, Wenjie Wang, Ting Hou, Li Yin, Lingzhi Zhao,* Juanjuan Peng,* Ya Ding*, A high-efficiency bioorthogonal tumor-membrane reactor for in situ selective and sustained prodrug activation. Angewandte Chemie International Edition 2024, 63(10), e202318372.
2.Teng Cui#, Yu Ma#, Jian-Yong Yang, Shang Liu, Zhenzhen Wang, Fenfen Zhang, Jing Wang, Ting Cai*, Lei Dong*, Jin Hong, Hai Qian, Can Zhang*, Ya Ding*, Protein corona-guided tumor targeting therapy via the surface modulation of low molecular weight PEG. Nanoscale 2021, 13(11), 5883−5891.
3.Yu Ma#, Jin Hong#, Ya Ding*, Biological behaviour regulation of gold nanoparticles via the protein corona. Advanced Healthcare Materials 2020, 9(6), 1901448.
4.Dong-Yan Wu#, Yu Ma#, Xiao-Shuang Hou, Pei Wang, Huan Chen, Can Zhang, Ya Ding*, Co-delivery of antineoplastic and protein drugs by chitosan nanocapsules for a collaborative tumor treatment. Carbohydrate Polymers 2017, 157, 1470-1478.
5.Ruiqi Li, Yu Ma, Jin Hong*, Ya Ding*, Nanoengineered therapy aiming at the etiology of rheumatoid arthritis. Nano Today 2022, 42, 101367.
6.吴冬燕，马宇，丁娅，粒径对金纳米粒在生物医药研究和应用中的影响. 药学进展 2016, 40(5), 370-374.
